up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله کيسه هوا PDF
QR code - کيسه هوا

کيسه هوا

کيسه هواي خودرو Airbag چگونه کار مي کند؟

کيسه هاي هواي خودرو چگونه کار مي کنند؟
طي سال هاي طولاني کمربندهاي ايمني تنها وسيله مهارکننده کنش پذير در خودروها بوده اند. در عين حال در اين مدت بحث هاي زيادي در مورد ايمني آنها به خصوص در مورد کودکان مطرح شده است، ولي به مرور زمان در اکثر کشورها کمربندهاي ايمني شامل مقررات اجباري شده اند. آمار و ارقام نشان مي دهد که استفاده از کمربندهاي ايمني جان هزاران نفر را در تصادفات نجات داده است.
کيسه هاي هوا نيز طي سالهاي طولاني در حال توسعه بوده اند. ايده استفاده از يک بالش نرم در برابر برخورد، بسيار جذاب بوده و اولين ثبت اختراع در مورد يک وسيله قابل انبساط براي فرود آمدن در آن در هنگام تصادف براي هواپيماها طي جنگ جهاني دوم انجام شده است! در دهه ۸۰ اولين کيسه هواي تجاري شده در خودروها ظاهر شد.
از سال ۱۹۹۸، وجود کيسه هاي هوا در هر دو سمت راننده و سرنشين جلو در آمريکا الزامي شده است (کاميونت هاي سبک نيز از سال ۱۹۹۹ تحت اين قانون درآمدند). تاکنون آمار نشان داده که کيسه هاي هوا ريسک مرگ را در تصادفات روبرو حدود ۳۰ درصد کاهش داده است. استفاده از کيسه هاي هواي نصب شده در صندلي و درها جديدتر است. اگر چه آنها به گستردگي کيسه هاي هواي نصب شده در فرمان و داشبورد مورد استفاده قرار نمي گيرند. برخي از کارشناسان بر اين عقيده اند که طي ساليان آتي تعداد کيسه هاي هواي خودروها از دو به شش تا هفت خواهد رسيد.
● اصول اوليه
پيش از پرداختن به اصول خاص بهتر است به مرور اطلاعات خود درباره قوانين حرکت (نيوتن) بپردازيم. اول اينکه ما مي دانيم که اجسام در حال حرکت داراي اندازه حرکت (مومنتوم) (حاصل ضرب جرم و ساعت يک جسم)هستند. در صورتيکه يک نيروي خارجي بر جسم وارد نشود آن جسم به حرکت خود با سرعت و جهت خود ادامه خواهد داد. خودروها از اجسام متعددي تشکيل شده اند که شامل خود خوردو اجسام مهار نشده درون آن و البته سرنشينان مي شود. اگر اين اجسام مهار نشوند، حتي در صورت توقف خودرو در اثر تصادف، آنها با سرعتي که خودرو دارد به حرکت خود ادامه مي دهند.
متوقف کردن يک جسم داراي مومنتوم مستلزم اعمال نيرو به آن در يک دوره زماني است. وقتي يک خودرو دچار تصادف مي شود، نيروي موردنياز براي متوقف کردن اجسام بسيار زياد است چرا که مومنتوم در لحظه تغيير کرده در حالي که براي سرنشينان اين طور نبوده است و وقت زيادي نيز براي اين کار وجود ندارد. هدف هر سيستم مهارکننده کمکي، کمک به متوقف کردن سرنشين با ايجاد کمترين آسيب ها به وي است.
کاري که يک کيسه هوا انجام مي دهد کاهش سرعت سرنشين به صفر با کمترين يا بدون آسيب است. محدوديت هايي که کيسه هوا با آنها درگير است، زياد است. کيسه هوا بايد در کسري از ثانيه در فضاي بين سرنشين و فرمان يا داشبورد عمل کند. براي آنکه سيستم بتواند به جاي آنکه سرنشين را به صورت ناگهاني متوقف کند، حرکت آن را آرام کند، حتي کوچک ترين مقدار فضا و زمان ارزشمند است.
در کيسه هوا سه قسمت وجود دارد که مي تواند به انجام اين کار بزرگ ياري دهد:
- کيسه که از پارچه نايلوني نازکي ساخته شده که درون فرمان يا داشبورد (و اخيراً درون صندلي و در) تا مي شود و قرار مي گيرد.
- سنسور که وسيله اي است که به کيسه فرمان باد شدن را مي دهد. باد شدن در صورتي رخ مي دهد که برخوردي با نيروي با نيروي معادل برخورد يک ديوار آجري با سرعت ۱۰ تا ۱۵ مايل بر ساعت (۱۶ تا ۲۴ کيلومتر بر ساعت) ايجاد شود. وقتي تغيير جرم باعث بسته شدن اتصال برقي شود، سوئيچ مکانيکي زده شده و به سنسور پيام مي دهد که تصادف رخ داده است. سنسور اطلاعات را از يک شتاب سنج که درون ميکروچيپ قرار دارد دريافت مي کند.
سيستم بادکننده کيسه هوا موجب واکنش آزيد سديم (Na N۳) با نيترات سديم (Propellant) جامد را مشتعل کرده و به سرعت مي سوزد تا حجم بزرگي از گاز را براي باد کردن کيسه هوا به وجود بياورد. به اين ترتيب کيسه هوا از قسمت ذخيره شده خود با سرعت ۲۰۰ مايل بر ساعت (۳۲۲ کيلومتر بر ساعت) يعني سريع تر از يک چشم بر هم زدن از هم باز مي شود. يک ثانيه بعد، براي آنکه سرنشين بتواند حرکت کند، گاز به سرعت از سوراخ هاي درون کيسه تخليه شده و کيسه را از حالت باد شدن در مي آورد.
کيسه هوا و سيستم بادکننده ذخيره شده در فرمان
گرچه همه اين فرآيند تنها در يک بيست و پنجم ثانيه رخ مي دهد ولي زمان اضافي ايجاد شده براي جلوگيري از يک جراحت جدي کافي است. ماده پودري که از کيسه هوا آزاد مي شود آرد ذرت عادي يا پودر تالک است که توسط سازنده براي نچسبيدن تاهاي کيسه به هم در هنگام ذخيره کيسه هوا استفاده شده است. سيستم بادکننده از يک پيشران جامد و يک جرقه زن استفاده مي کند.
● توسعه ايده
همانطور که گفته شد براساس مجله Scientific American ايده اوليه استفاده از بالش سريع بادشونده براي ممانعت از جراحات تصادفات قبل از آن در دهه ۱۹۸۰ توسط وزارت راه آمريکا براي استفاده از خودروها اجباري شود داراي يک پيشينه طولاني است. اولين اختراع وسيله بادشونده براي تصادفات براي هواپيماها طي جنگ جهاني دوم ثبت شده است.
تلاش هاي اوليه براي استفاده از کيسه هوا براي خودروها با موانع قيمت بالا و مشکلات فني مرتبط با ذخيره و آزادسازي گاز فشرده مواجه شد. پژوهش گران در جستجوي پاسخگويي به سؤالات زير بودند:
▪ آيا درون خودرو فضاي کافي براي مخزن گاز وجود دارد؟
▪ آيا مي شود گاز را براي مدت زمان عمر خودرو در آن به صورت ذخيره شده نگه داشت؟
▪ آيا کيسه هوا را مي توان به سرعت و با اطمينان در شرايط مختلف آب و هوايي منبسط کرد بدون آنکه صداي انفجار گوش خراشي ايجاد شود؟
نياز به مجموعه واکنش هاي شيميايي وجود داشت که نيتروژن ايجاد کند و کيسه را باد کند. بادکننده هاي پيشران جاد (Propellant Inflators- Solid) در دهه ۱۹۷۰ به کمک اين ايده آمدند.
گرچه از نظر تاريخي کيسه هاي هوا در ابتدا براي استفاده توسط سرنشينان بدون کمربند ايمني طراحي شده بود ولي در همان روزهاي اوليه شروع ايده کيسه هوا براي خودروها، کارشناسان هشدار داده بودند که اين وسيله جديد بايد به صورت پشتيبان و همراه با کمربند ايمني استفاده شود. کمربندهاي ايمني باز هم کاملاً ضروري هستند چرا که کيسه هاي هوا فقط در تصادفات روبرويي که با سرعت بيش از ۱۰ مايل بر ساعت (۱۶ کيلومتر بر ساعت) رخ دهد عمل مي کنند. در مورد برخوردها و تصادفات جانبي، تصادفات از عقب و برخوردهاي ثانويه فقط کمربندهاي ايمني مي توانند کمک کنند (گرچه امروزه کيسه هاي جانبي هوا نيز در حال رواج هستند). با وجود پيشرفت فناوري، کيسه هاي هوا فقط وقتي موثر هستند که همراه با يک کمربند شانه و ران استفاده شوند. کمربند اينمي سرنشين را در موقعيت خود نگه مي دارد، در حالي که کيسه هوا يک مانع نرم براي توقف اعضاي بدن او فراهم مي آورد.
کيسه هاي هوا جراحات منجر به مرگ را در مورد رانندگان ۱۱ درصد و در مورد سرنشينان بزرگسالان ۱۳ درصد کاهش مي دهد. حفاظت ايجاد شده توسط کيسه هوا به علاوه کمربند ايمني قابل مقايسه با هيچ نوع حفاظت ديگري نيست. مطالعات نشان مي دهند که در يک برخورد، سرنشيناني که توسط کمربند ايمني و کيسه هوا محافظت مي شوند ۵۰ درصد کمتر از سرنشينان مهار نشده دچار آسيب هاي مرگبار و جراحات جدي خواهند شد.
● ايمني
پس از مدت کمي دريافتند نيروي يک کيسه هوا مي تواند به کساني که در فاصله نزديک به آن قرار مي گيرند، آسيب بزند چرا که يک عامل ايجاد خطر در مورد کيسه هاي هوا امکان برخورد آنها با صورت يا گردن است. پژوهشگران دريافته اند که ناحيه خطر براي کيسه هواي راننده در محدوده ۲ تا ۳ اينچي (۵ تا ۸ سانتيمتري) محل باد شدن قرار دارد. بنابراين قرار گرفتن در فاصله ۱۰ اينچي (۲۵ سانتيمتري) از کيسه هواي راننده، حاشيه ايمني مناسب را ايجاد مي کند. اين فاصله از مرکز فرمان تا قفسه سينه اندازه گيري مي شود، اگر راننده در فاصله کمتري از اين فاصله قرار گيرد، بايد فاصله خود را به يکي از روش هاي زير بيشتر کند:
- با عقب بردن صندلي تا جاي ممکن به صورتيکه پاها به راحتي به پدال ها برسند.
- با مايل نمودن پشتي صندلي به عقب. گرچه طراحي خودروها با يکديگر متفاوت است ولي اغلب رانندگان مي توانند حتي در جلوترين حالت صندلي با مايل کردن اندک پشتي به عقب به فاصله ۱۰ اينچي دست يابند. اگر مايل کردن پشتي صندلي مانع از داشتن ديد مناسب از جاده شود، مي توان با بالا بردن صندلي (در خودروهايي که داراي اين نوع تنظيم هستند) يا قرار دادن يک بالش سفت غيرلغزنده آن را اصلاح کرد.
● يک دوست خطرناک
قاعده براي کودکان متفاوت است. کيسه هوا در مورد کودکاني که در هنگام ترمز ناگهاني کمربند ايمني نبسته باشند يا بسيار نزديک به کيسه هوا نشسته باشند يا به سمت داشبورد پرتاب شوند مي تواند موجب آسيب جدي و حتي مرگ شود. کارشناسان معتقدند که رعايت نکات ايمني زير ضروري است:
- کودکان زير ۱۲ سال بايد در صندلي عقب نشسته و از کمربند ايمني مناسب سن آنها استفاده شود.
- نوزدان (زير يک سال و با وزن کمتر از ۹ کيلوگرم) که در صندلي هاي مخصوص رو به عقب مي نشينند هرگز نبايد در صندلي جلو يک خودرو قرار گيرند.
- اگر لازم شد که نوزاد زير يک سالي در صندلي جلو خودرو داراي کيسه هواي جانبي بنشيند بايد او را در يک صندلي مخصوص بچه داراي کمربند رو به جلو قرار داد و صندلي بايد در دورترين فاصله نسبت به داشبورد قرار گيرد.
● غيرفعال کردن
در پاسخ به ملاحظات مرتبط با کودکان و ساير سرنشينان خصوصاً افراد ريزجثه که در صورت استفاده نامناسب يا کيسه هاي هواي بسيار قوي، در معرض خطر مرگ يا آسيب ديدگي قرار دارند، اداره ملي ايمني بزرگراه هاي آمريکا (NHTSA) در سال ۱۹۹۷ قانوني را تصويب کرد که براساس آن سازندگان را مجاز مي کرد که از کيسه هاي هواي با قدرت کمتر استفاده کنند. اين قانون اجازه مي دهد که کيسه هاي هوا ۲۰ تا ۳۵ درصد کاهش قدرت داده شوند. علاوه بر آن از سال ۱۹۹۸ تعميرگاه ها و فروشگاه هاي لوازم يدکي مجاز شدند کليدهاي روشن خاموش روي خودرو قرار دهند که امکان غيرفعال سازي کيسه هاي هوا را مي دهد. در آمريکا در صورتي که دارندگان خودرو در يکي از گروه هاي ريسک زير قرار گيرند، توسط اداره ملي ايمني بزرگراه هاي آمريکا (NHTSA) اجازه خواهند داشت کليد روشن خاموش را براي يک يا هر دو کيسه هواي خود نصب کنند:
- در هر دو طرف راننده و سرنشين جلو؛ در مورد افراد با شرايط پزشکي که در مورد آنها ريسک استفاده از کيسه هوا بيشتر از ريسک برخورد در صورت استفاده نکردن از آن است.
- در سمت راننده؛ (علاوه بر شرايط پزشکي)، کساني که در صورت رعايت فاصله حداقل ۱۰ اينچي (۲۶ سانتيتري) از مرکز کيسه هواي راننده، نمي توانند به درستي از خودرو خود استفاده کنند.
- براي سرنشين جلو؛ (علاوه بر شرايط پزشکي)، افرادي که به دليل عدم وجود صندلي عقب در خودرو و يا کوچک بودن فضاي آن براي قرارگيري يک صندلي کودک رو به عقب يا به دليل نياز به مراقبت دايم شرايط سلامت يک کودک، لازم است يک کودک را در صندلي کودک رو به عقب روي صندلي سرنشين جلو قرار دهند.
- براي سرنشين جلو؛ (علاوه بر شرايط پزشکي)، افرادي که لازم است کودکان يک تا ۱۲ ساله را در صندلي جلو بنشانند. به دليل: الف) عدم وجود صندلي عقب در خودرو - ب) اجبار به حمل کودک بيش از گنجايش صندلي هاي عقب کودک- ج) نياز به مراقبت دايم شرايط سلام يک کودک در آمريکا براي نصب يک کليد غيرفعال سازي کيسه هوا روي خودرو نياز به دريافت مجوز از اداره ملي ايمني بزرگراه هاي آمريکا (NHTSA) است. پس از دريافت اين مجوز دارنده خودرو مي تواند خودرو خود را براي نصب اين کليد به تعميرگاه ببرد. چنين کليدهايي بايد مجهز به يک چراغ هشداردهنده باشند که وضعيت فعال يا غيرفعال بودن کيسه هوا را نشان دهد.
واضح است که حتي اگر امکان غيرفعال کردن کيسه هوا وجود دارد، در مورد رانندگاني که امکان قرار گرفتن در فاصله حداقل ۱۰ اينچ را دارند، کيسه هوا بايد فعال باشد. در مورد افراد يکه حتي با رعايت موارد ذکر شده نمي توانند اين حداقل فاصله را ايجاد کنند، کيسه هوا مي تواند غيرفعال شود. گروهي از پزشکان در کنفرانس ملي توصيه هاي پزشکي براي غيرفعال کردن کيسه هوا شرايط پزشکي که عموما در مقالات گزارش مي شوند را به عنوان دلايل احتمالي غيرفعال کردن کيسه هوا مورد بررسي قرار داده اند. با اين وجود غيرفعال کردن کيسه هوا براي شرايط نسبتاً عادي مانند: وجود ضربان ساز (Pacemaker) در قلب، عينک، دردهاي موضعي، نفخ (Emphysema)، آسم، جراحي سينه، جراحي پشت يا گردن، سن بالا، پوکي استخوان، آرتوروز يا بارداري توصيه نمي شود.
عموما بدون نصب يک کليد روشن خاموش نمي توان کيسه هوا را غيرفعال کرد. به هر حال نبايد هرگز شخصا اقدام به غيرفعال کردن کيسه هوا کرد. بايد به خاطر داشت که کيسه هوا فقط يک بالش نرم نيست بلکه کيسه اي است که با ضربه باز مي شود و اگر ندانيد که چه مي کنيد مي تواند به شما آسيب برساند.
اداره ملي ايمني بزرگراه هاي آمريکا (NHTSA) به جز در شرايط خاص، تنها در حالتي که صندلي عقب وجود نداشته باشد يا فضاي آن براي قرار دادن يک صندلي ايمني رو به عقب کودکان کافي نباشد مجوز نصب کليد غيرفعال سازي کيسه هوا را براي خودروهاي نو مي دهد. در حال حاضر در آمريکا سازندگان خودرو مجوز نصب کليد غيرفعال سازي کيسه هوا را براي صندلي راننده در خودروهاي نو ندارند چرا که براي اداره ملي ايمني بزرگراه هاي آمريکا (NHTSA) اين بيم وجود دارد که در اين صورت اين کليد در تمامي خودروهاي نو حتي در خودروهايي که توسط افراد در گروه هاي ريسک قرار نمي گيرند جزو تجهيزات استاندارد خودرو درآيد. همچنين مواردي از يکپارچه سازي اين کليدها در داشبورد خودرو مشاهده شد که احتمال انحراف منابع از توسعه سيستم هاي ايمن تر و پيشرفته تر کيسه هوا را به وجود مي آورد.
● آينده کيسه هاي هوا
فعاليتهاي مرتبط با بهبود مزاياي ايمني سرنشين توسط کيسه هاي هوا در حال تغييرات مستمر است. آزمون هاي جديد با استفاده از مانکن هاي آزمون (Dummy) داراي معيارهاي بهتري در مورد آسيب هاي وارده به آن است.
گرچه ۴۰ درصد همه جراحات جدي در تصادفات در نتيجه برخوردهاي جانبي و ۳۰ درصد کل تصادفات، برخوردهاي جانبي هستند تا همين اواخر بيشتر گامها براي ايمني خودرو در برخوردهاي جلو و عقب برداشته مي شد. بسياري از خودروسازان در پاسخ به اين آمار (و در نتيجه استانداردهاي جديد) اقدام به قوي تر کردن درها، قاب درها و بخش هاي کف و سقف کرده اند ولي خودروهايي که از کيسه هواي جانبي استفاده کرده اند نماينده موج جديدي از ايمني سرنشين هستند. کارشناسان معتقدند طراحي کيسه هاي موثر جانبي بسيار دشوارتر از کيسه هاي هواي جلو است. اين به اين دليل است که در برخورد روبرو، بيشتر انرژي برخورد توسط سپر، کاپوت و موتور جذب مي شود و تقريبا ۳۰ تا ۴۰ ثانيه طول مي کشد تا ضربه به سرنشين خودرو منتقل شود. ولي در برخوردهاي جانبي فقط يک در نازک و چند اينچ فاصله بين سرنشين و خودروي ديگر وجود دارد. اين به آن معنا است که کيسه هاي جانبي هوا که روي در سوار شده اند بايد در ۵ تا ۶ ميلي ثانيه عمل کنند!
مهندسين شرکت ولوو راه هاي مختلفي را براي نصب کيسه هاي جانبي هوا آزموده اند و نصب در پشتي صندلي را انتخاب کرده اند چرا که اين کار سرنشين را فارغ از جثه او و چگونگي قرارگيري صندلي محافظت مي کند. اين ترتيب به مهندسين اين امکان را مي دهد که يک سنسور با تحريک مکانيکي را روي کناره هاي بالش هاي صندلي و زير راننده و سرنشين جلو قرار دهند. اين مانع باد شدن کيسه هوا در سمت آسيب نديده مي شود. نصب همه مجموعه کيسه هوا در پشتي صندلي اين مزيت را نيز دارد که فعال شدن کيسه هوا در موارد غيرضروري نظير برخورد با عابرين پياده يا دوچرخه ها جلوگيري مي کند. در برخوردهاي با سرعت حدود ۱۲ مايل بر ساعت (۱۹ کيلومتر بر ساعت) است که کيسه هاي جانبي هوا تحريک مي شوند.
مهندسان مشاور BMW کيسه هاي جانبي نصب شده روي درها را انتخاب کرده اند. در داراي فضاي بيشتري است که نصب کيسه هاي بزرگ تر را ممکن مي سازد. کيسه هواي سر يا سازه هاي بادشونده تيوبي (ITS- Inflatable Tubular Structure) در همه خودروهاي مدل هاي سال BMW ۱۹۹۹ (به جز مدل با سقف متحرک) قرار داده شده اند. اين کيسه هاي سر کمي شبيه سويس هاي بزرگ هستند و بر خلاف کيسه هاي هوا براي آن طراحي شده اند که به مدت حدود ۵ ثانيه در حالت باد شده باقي بمانند و در برخي از برخوردهاي جانبي حفاظت بهتري را تامين کنند.

● انواع هوازدگي هوازدگي را با توجه به نوع تغييراتي که در سنگ صورت مي گيرد به انواع مکانيکي و شيميايي تقسيم مي کنند. ▪ هوازدگي مکانيکي در هوازدگي مکاني ...

جابجايي: هنگامي که آب ها در داخل خاک به سمت پايين حرکت مي کنند، باعث انتقال شيميايي و مکانيکي مواد مي شوند. فرايند انتقال مواد بوسيله باد و باران، ذرا ...

هوازدگي به زبان ساده عبارت است از پاسخي که مواد سطح زمين در مقابل تغيير محيط از خود بروز مي‌دهند و شامل از هم پاشيدن سنگها و تجزيه آنها در سطح زمين و ...

از نظر بسياري از افراد، بزرگترين جاذبه يک پارک تفريحي ترن هوايي يا roller coaster آن است. عده اي آنرا ماشين جيغ مينامند و براي اين نامگذاري دليلي خوبي ...

خودروهاي الکتريکي از مرحله ايده خارج و به فناوري کاربردي تبديل مي شوند. در حالي که خودروهاي الکتريکي گام به گام عرصه زمين را دراختيار مي گيرند، اوضاع ...

هواپيماي مسافربري منطقه اي، هواپيمايي است کوچک براي حمل ۳۵ تا ۱۰۰ نفر مسافر از يک منطقه به منطقه اي ديگر که براساس بهترين کارايي(اقتصادي، عملکرد) طراح ...

در حال حضار از سه نوع فيلتر براي غبارگيري گازهاي خروجي از کوره مواد خام کارخانجات سيمان استفاده مي گردد. الف) فيلتر الکتريکي Electrostatic Precipitato ...

كيسه هاي هوا هم مانند كمربند ايمني در سالهاي اوليه، موضوع تحقيقات و آزمونهاي جدي دولتي و صنعتي هستند. در اين مقاله به كيسه هاي هوا و اينكه آنها چگونه ...

دانلود نسخه PDF - کيسه هوا